[发明专利]一种基于蛋白分子的生物光电晶体管及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于蛋白分子的生物光电晶体管及其制备方法，属于光电传感领域。生物光电晶体管包括：衬底、介质层、沟道层、光敏活性层。在硅衬底上生长一层二氧化硅介质层，将半导体材料转移至介质层制成沟道层，用电子束曝光的方法在所述的半导体材料上曝光预先设计好的电极图案，蒸镀电极，制成半导体晶体管，将光敏蛋白分子作为光敏活性层嫁接到所述的半导体晶体管上，制得所述的生物光电晶体管。

技术领域

本发明属于光电传感技术领域，具体涉及一种基于蛋白分子的生物光电晶体管及其制备方法。

背景技术

本部分的描述仅提供与本发明公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

氧化锌作为第三代半导体材料的代表，具有宽带隙、高热导率、高稳定性、低成本等优点。纳米氧化锌结构具有大的比表面积和高的载流子迁移率，这使得其成为近年来光电材料研究中的热点。然而，氧化锌的禁带宽度是3.34eV，光响应波段仅限于360nm-390nm，只能吸收太阳光中的紫外光，然而紫外光只占整个太阳光谱的3％左右，因此氧化锌器件对太阳光能的利用率偏低。

细菌视紫红质是一种从嗜盐菌的细胞膜上提取的光敏膜蛋白，具有快速、高灵敏的光响应特性，最初被广泛应用在光遗传学中。由于其在离体环境中仍具有光响应特征，因此近几年曾多次被当作光电材料应用于太阳能电池、生物传感、人工视网膜等方面。它在可见光波段的响应可以拓宽氧化锌的响应波段，补充吸收可见光波段的太阳能，以此达到节能的目的。

此外，随着集成电路集成度的提高，超大规模集成电路的发展已接近极限,元件尺寸将达到纳米级,相当于分子的尺寸，由此研究人员提出以分子作为芯片上最小单元的设想。蛋白分子器件的尺寸可达到纳米级别，在分子电子学领域有重要的应用前景。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

本发明针对以上问题提出了一种基于蛋白分子的生物光电晶体管及其制备方法，目的在于一方面拓宽纳米氧化锌材料的光响应波段，以此来提高对太阳光能的利用率；另一方面在于将蛋白分子嵌入到晶体管中来探索分子晶体管识别、开关、传导等功能特性，以此为蛋白分子在分子电子学领域的应用提供更可靠的依据。

本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种基于蛋白分子的生物光电晶体管的制备方法，其中包括：

在硅衬底上生长一层二氧化硅介质层，将半导体材料转移至介质层制成沟道层；

用电子束曝光的方法在所述的半导体材料上曝光预先设计好的电极图案，蒸镀电极，制成半导体晶体管；

将光敏蛋白分子作为光敏活性层嫁接到所述的半导体晶体管上，制得所述的生物光电晶体管。

优选地，所述的半导体材料为氧化锌。

优选地，半导体材料上制备的电极数量为两个，两个所述电极之间设有沟道，沟道尺寸为长2-8μm，宽为2-8μm。优选地，半导体材料上制备的电极材料为金电极。

优选地，光敏蛋白分子为细菌视紫红质。

优选地，将光敏蛋白分子作为光吸收层嫁接到半导体晶体管上的步骤包括：

将光敏蛋白分子溶于缓冲溶液PBS中，得到生物光敏蛋白悬浊液；

将光敏蛋白悬浊液转移至半导体晶体管上，在源极和漏极之间加1mV电压，使光敏蛋白分子在半导体晶体管上定向排列，在40-50℃下加热烘干10分钟或自然风干1-2小时，实现将光敏蛋白分子嫁接到半导体晶体管上的目的。